湖南省大学生研究性学习和创新性实验计划

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1、湖南省大学生研究性学习和创新性实验计划项　目　申　报　表项目名称:湿地植物基生物炭的制备、改性及其对Cd2+和Pb2+吸附研究学校名称中南林业科技大学学生姓名学号专业性别入学年份朱君20155682环境工程女2015朱烨林20155683环境工程女2015章才建20155680环境工程男2015尹念20155615环境工程女2015指导教师朱健职称讲师项目所属一级学科环境科学与工程项目科类(理科/文科)理科学生曾经参与科研的情况2016年中南林业科技大学大学生研究性学习和创新性实验计划“硅藻土-PAM联合控制土壤镉污染效应与机理研究”。指导教

2、师承担科研课题情况[1]湖南省重点研发计划项目，2015SK20043，Fe-Al双金属改性硅藻土与CaO联用修复耕种土壤Cd污染关键技术研究，2015/01-2017/12，5万元，在研，主持；[2]湖南省高校创新平台开放基金项目，15K147，硅藻土-PAM-旱柳耦合控制森林土壤镉污染协同机制研究，2016/01-2018/12，6万元，在研，主持；[3]湖南省优秀博士学位论文获得者奖励科研项目，YB2015B031，柱撑硅藻土的制备及其对Cu2+、Zn2+的吸附特性研究，2015/09-2018/08，2万元，在研，主持；[4]湖南省自

3、然科学基金省市联合基金项目，12JJ8106，应用硅藻土处理含重金属离子废水技术研究与示范，2012/09-2015/08，20万元，在研，副主持；[5]湖南省研究生科研创新项目，CX2012B317，硅藻土对重金属离子Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)吸附行为研究，2012/04-2013/05，2.0万元，结题，主持。－9－项目研究和实验的目的、内容和要解决的主要问题1、研究意义湿地植物可以通过同化作用大量吸收积累有机碳，蕴含丰富的碳资源。近年来，随着人工湿地技术的广泛推广和应用，大量的湿地植物被引入并应用于城镇污水的深度处理。然而，大部

4、分湿地植物收获物未得到妥善处置和有效利用，造成了碳资源的极大浪费，而制备生物炭是充分利用湿地植物系统丰富碳资源的有效途径。生物炭具备高度发达的孔隙结构和高效的吸附性能，是一种新型、廉价、高效的吸附材料，用途非常广泛，尤其是用于控制水体重金属污染，效果十分明显。因此，进行湿地植物基生物炭的制备、改性及其在水体重金属污染控制中应用研究具有十分重要的科学与现实意义。2、研究目的本项目拟以芦苇、香蒲、旱伞草、凤眼莲为原料，进行湿地植物基生物炭的制备、活化与改性，并研究湿地植物基生物炭系列产品对Cd2+、Pb2+的吸附性能与行为特性，以期为湿地植物基生

5、物炭在含重金属离子废水处理中的应用提供重要的理论依据与技术支持。3、研究内容（1）湿地植物基生物炭的制备与活化以湿地植物荻、香蒲、旱伞草、灯心草、凤眼莲、黑藻为原料，采用限氧慢速热解联合磷酸活化法制备生物炭，研究不同热解温度（300、400、500、600、700℃）和不同磷酸浸渍液料比（v/m=1︰1、1.5︰1、2︰1、2.5︰1、3︰1）对生物炭微观形貌（SEM）、物相构成（XRD）、元素组成（EDAX）、比表面积（BET）、表面基团（FTIR）、孔径分布、等电点、pH的影响，确定最佳热解温度和磷酸浸渍液料比。（2）湿地植物基生物炭表面

6、氧化改性采用HNO3、HAc、H2O2对湿地植物基生物炭样品进行表面氧化改性，比较分析不同改性技术对湿地植物基生物炭的表面性能和对Cd2+和Pb2+的吸附性能的影响，确定最佳改性工艺及其关键参数。（3）湿地植物基生物炭对Cd2+和Pb2+的吸附－9－采用静态吸附试验，系统研究不同湿地植物基生物炭及其改性产品对Cd2+和Pb2+的吸附条件（吸附剂浓度、离子初始浓度、溶液初始pH值、溶液温度、吸附时间）、吸附性能（吸附容量）、吸附行为特性（平衡等温吸附、吸附动力学、吸附热力学、吸附过程理化属性、吸附过程控制步骤），明确湿地植物基生物炭及其活化、改

7、性产品对Cd2+和Pb2+的吸附性能与行为特性。4、要解决的关键问题（1）湿地植物基生物炭的制备、活化、改性工艺及参数；（2）湿地植物基生物炭对Cd2+和Pb2+的吸附性能与行为特性。国内外研究现状和发展动态湿地植物基生物炭是指利用湿地植物机体在厌氧或缺氧的条件下，经高温热解形成的难溶的、稳定的、疏松的、富含碳素的固态物质，具备高度发达的孔隙结构和高效的吸附性能，是一种新型、廉价、高效的吸附材料，被广泛用于土水污染控制与修复[1]。湿地植物基生物炭的制备、改性及应用方面研究起步很晚，相关的研究报道也较少。近年来，研究人员主要是利用芦苇、芦竹、

8、香蒲等湿地植物进行生物炭的制备研究，并逐步将其应用于吸附重金属、染料和难降解有机物。傅成锴等[2]采用青贮活化法制备了高酸度芦苇活性炭，并将其作为吸附材料用于去除废